DETERMINACION DE LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA EN EL AGUA

I. OBJETIVO

Determinar la conducción eléctrica en el agua

II. INTRODUCCIÓN

La conductividad electrolítica es una expresión numérica de la capacidad de una solución

para transportar una corriente eléctrica. Esta capacidad depende de la presencia de

iones, de su concentración total, de su movilidad, valencia y concentraciones relativas, así

como de la temperatura.

La determinación de conductividad es de gran importancia pues da una idea del grado de

mineralización del agua natural, potable, residual, residual tratada, de proceso o bien del

agua para ser usada en el laboratorio en análisis de rutina o para trabajos de

investigación.

El valor de conductividad es un parámetro regulado por límites máximos permisibles en

descargas de aguas residuales al alcantarillado o a cuerpos receptores, también es un

parámetro de calidad del agua para usos y actividades agrícolas, para contacto primario y

para el consumo humano.

III. ASPECTOS GENERALES

La conductividad electrolítica es una expresión numérica de la capacidad de una solución

para transportar una corriente eléctrica. Esta capacidad depende de la presencia de

iones, de su concentración total, de su movilidad, valencia y concentraciones relativas, así

como de la temperatura a la cual se realiza la medición.

De los muchos factores que afectan el comportamiento de los iones en solución, las

atracciones y repulsiones eléctricas entre iones y la agitación térmica, son quizá lo más

importantes. Estos efectos se expr4esan a través de un parámetro conocido como la

fuerza iónica de la solución µ:

µ=12∑Ci x Z i2

En donde ‘‘Ci’’ y ‘‘Zi’’ representan la concentración y la carga iónica del componente ‘‘i’’.

Las soluciones de la mayoría de los ácidos, bases y sales inorgánicas son relativamente

‘‘buenos conductores’’ de la corriente eléctrica. Inversamente, las soluciones acuosas de

solutos orgánicos, que no se disocien o que se disocian muy poco en el agua, poseen

conductividades eléctricas muy bajas o parecidas alas del agua pura.

En la mayoría de las soluciones acuosas, cuanto mayor es la concentración de las sales

disueltas, mayor es sun conductividad eléctrica. Este efecto continúa hasta el punto de

saturación de la sal o hasta que la solución se halla tan concentrada en iones que la

restricción del movimiento, causada por un aumento posterior en la concentración,

disminuye la conductividad eléctrica del sistema.

Puesto que mayor temperatura menor viscosidad y a menor viscosidad mayor libertad de

movimiento, la temperatura también tiene una marcada influencia sobre la conductividad

eléctrica de un sistema acuoso. Si bien el incremento de la conductividad eléctrica con la

temperatura puede variar de un ion a otro, en general, se acepta que eta aumenta en

promedio un 3% por cada grado centígrado que aumente la temperatura.

IV. INTERFERENCIAS

Cuando el agua contenga grandes cantidades de material en suspensión es preferible

dejarla sedimentar antes de medir la conductividad con objeto de disminuir la posibilidad

de ensuciar el electrodo de la celda. Evitar que las grasas y aceites cubran el electrodo,

porque afectan la precisión de la lectura.

Eliminar las burbujas de aire presentes en la celda de medición. La exposición de

muestras a la atmósfera puede causar cambios en la conductividad/ resistividad, debido a

la pérdida o ganancia de gases disueltos (CO2 y NH4). En caso de aguas de bajas

concentraciones de materiales disueltos ionizados. El CO2, normalmente presente en el

aire puede drásticamente cambiar la conductividad/ resistividad del agua pura.

El contacto con aire puede evitarse usando celdas en línea o de flujo continuo.

V. MUESTREO Y PRESERVACIÓN

Cuando sea posible, debe efectuarse la determinación de conductividad directamente en

el punto de muestreo sin extraer muestra; si no es posible, tome un volumen mínimo

requerido según el instrumento empleado en un envase de polietileno limpio y determine

la conductividad de inmediato.

La determinación de conductividad debe realizarse lo más pronto posible, en especial

cuando existe la posibilidad de un intercambio de gases tales como Dióxido de Carbono

(CO2) y Amonio (NH4) con la atmósfera, o una posible actividad biológica. Si no es posible

la determinación en el sitio de muestreo tomar la muestra en un recipiente de polietileno

de alta densidad, con sello hermético, y llenar completamente el recipiente.

No requiere de ningún conservador, la actividad biológica puede reducirse mediante la

refrigeración a 4ºC y en la oscuridad. Tomar la temperatura del agua en el sitio de

muestreo. Analizar lo más pronto posible o antes de 24 h.

1. Calibración

1. Calibración del medidor de conductividad: Si el equipo no se usa frecuentemente,

calibre el instrumento antes de cada determinación.

2. Para determinaciones frecuentes establezca la frecuencia de calibración

dependiendo de la estabilidad del instrumento utilizado.

3. Seguir las instrucciones del fabricante para la operación del instrumento. Para

efectuar la calibración la disoluciones patrón deben estar a 25°C preferentemente

o a la temperatura ambiente.

4. El instrumento debe ser calibrado con una disolución patrón de Cloruro de Potasio

(KCl) o de Cloruro de Sodio (NaCl) cuyo valor de conductividad sea conocido y

esté cercano al intervalo de la conductividad esperada y de la amplitud de

resistencia del instrumento, cada vez que se cambie de celda, se platinizen los

electrodos o exista alguna causa para dudar de la precisión de las lecturas.

NOTA. Las tablas 1 y 2 muestran concentraciones de disoluciones que pueden ser

usadas como patrones para la calibración del instrumento.

5. Enjuagar la celda con porciones de la disolución patrón antes de realizar la

calibración para evitar contaminación por electrolitos.

6. Sumergir la celda en la disolución patrón, el nivel de la disolución debe cubrir los

orificios de ventilación de la celda, agitar la celda verticalmente para expulsar las

burbujas de aire.

7. Seleccionar el rango adecuado de medición en el instrumento, si la lectura no es la

correspondiente a la disolución patrón, ajustar con el control de calibración hasta

que la lectura del instrumento corresponda al valor de la disolución.

8. Determinación de la constante de celda

9. Enjuagar la celda de conductividad al menos con tres porciones de disolución de

Cloruro de Potasio (KCl) 0,01 M. Ajustar la temperatura de la cuarta porción a

25°C 0,1 °C, medir la resistencia y anotar el valor de la temperatura. Calcular la

constante de celda con la siguiente ecuación:

K = ( 0,001 413) (RKCl) 1 + 0,019 1 ( t - 25)

Donde:

RKCl es la resistencia medida en ohms a 25°C

T es la temperatura observada, °C

0,001 413 es la conductividad de la disolución de KCl en S/cm, y

0,019 es la constante para corrección de temperatura en °C

VI. EQUIPOS Y MATERIALES

MATERIALES:

Todo el material volumétrico utilizado en este procedimiento debe ser clase A con

certificado o en su caso debe estar calibrado;

Termómetro;

Celda de conductividad;

- Celda de conductividad tipo electrodo de platino. Este tipo de celda es en forma de

pipeta o de inmersión. La elección de la celda depende de la amplitud esperada de

conductividad y de la amplitud de resistencia del instrumento.

- Las celdas de flujo continuo (directo) o en línea deben ser usadas para mediciones de

conductividades abajo de 10 S/cm, para evitar contaminación de la atmósfera. Se

recomienda que el flujo a través de la celda sea de

0,3m/s.

Electrodos de platino o platinizados. Los electrodos platinizados pueden ser usados para

todas las determinaciones, excepto para conductividades abajo de

0,1 S/cm.No son muy recomendables para agua residual, se contaminan facilmente, y

Electrodos hechos de metales comunes duraderos (acero inoxidable entre otros) para

mediciones continuas en campo o rutinarias. La calibración de estas celdas debe

realizarse mediante el uso de una solución patrón y mediante comparación de la

conductividad de la muestra con los resultados obtenidos con un instrumento de

laboratorio.

Tabla 1. Constantes de celda recomendadas para varios rangos de conductividad

Rango de conductividad,S/cm Constante de celda, cm-10,05 a 20 0,011 a 200 0,110 a 2 000 1100 a 20 000 101 000 a 200 000 50

EQUIPOS:

-Medidor de conductividad (Conductímetro).- Consistente en una fuente de corriente

alterna, un puente de Wheatstone o equivalente, un indicador de valor nulo y una celda de

conductividad u otro instrumento que mida el índice de corriente alterna y su voltaje a

través de la celda, proporcionando una lectura lineal de la conductividad, con

compensador de temperatura manual o automático. Para mediciones en campo, se

requiere de un equipo portátil que posea las mismas características que el equipo de

laboratorio;

-Un instrumento que mida la conductividad con un error que no exceda el 1% o 1 S/cm,

y

-Balanza analítica con precisión de 0,1 mg.

VII. REACTIVOS

Agua desmineralizada. Se utiliza para el lavado del electrodo antes y después de

cada medida. Es necesario realizar un control diario de la conductividad del agua

obtenida después del paso por la resistencia de intercambio iónico y establecer

que su conductividad de encuentre por debajo de 5 µS/cm.

Cloruro de potasio, secado a 105 °C.

Solución 0,1 N de KCL. Pese 7,4365 g y lleve a 1 litro. Patrón de conductividad

eléctrica, rango alto.

Solución 0,01 N de KCL. Pese 0.7440 g y lleve a 1 litro o diluya 1:10 la anterior

solución. Patrón de conductividad eléctrica medio.

Los reactivos que a continuación se mencionan deben ser grado analítico a menos que se

especifique otra cosa.

Antes de preparar las disoluciones patrón el agua debe prepararse como a continuación

se indica: hervir el agua bidestilada o desionizada durante 15 min y enfriarla en

condiciones de protección contra la redisolución de CO2 atmosférico.

Minimizar el contacto con la atmósfera.

Agua: Debe entenderse agua que cumpla con las siguientes características: a)

Resistividad: megohm-cm a 25ºC: 0,2 min; b) Conductividad S /cm a 25ºC: 5,0

Máx.; c) pH: 5,0 a 8,0;

Alcohol, 95% Alcohol Etílico, Alcohol Isopropílico, o Alcohol Metílico;

Agua regia. Mezclar 3 volúmenes de Ácido Clorhídrico concentrado, (HCl, 38%, d=

1,19) con 1 volumen de Ácido Nítrico concentrado, ( HNO3, d= 1,42);

Éter Etílico;

Ácido Clorhídrico concentrado ( HCl, 38 %, d= 1,19 );

Ácido Cloroplatínico (H2PtCl6 6H2O);

Acetato de Plomo Pb(C2H3O2)2;

HCl (1+1). Mezclar 1 volumen de Ácido Clorhídrico concentrado con 1 volumen de

agua;

Disolución de platinización. Disolver 1,5 g. de Ácido Cloroplatínico en 50 mL de

agua conteniendo 0,012 5 g de Acetato de Plomo;

Cloruro de Potasio;

Cloruro de Sodio;

Disolución A, patrón de Cloruro de Potasio 0,1 mol/L: secar el Cloruro de Potasio,

disolver 7,456 g en agua a 25 °C y aforar a 1 000mL. La conductividad de la

solución a 25ºC es de 1 290 mS/m; Disolución B, patrón de Cloruro de Potasio

0,01mol/L. Diluir 100mL de la

disolución de 0,1 mol/L con agua a 1 000mL a 25°C. La conductividad de la

disolución a 25ºC es de 141 mS/m;

Disolución C, patrón de Cloruro de Potasio 0,001mol/L. Diluir 100 mL de la

disolución B con agua a 1 000mL a 25°C. La conductividad de la solución a 25ºC

es de 14,7 mS/m, y,

Disolución D, patrón de Cloruro de Sodio 1 000mg/L. Secar a 105 °C durante 2 h.

Pesar 1,000 0 g de NaCl y disolver en agua a 25 °C, aforar a 1 000mL. La

conductividad de la disolución a 25°C es de 199 mS/m.

Tabla 2.Conductividad electrolítica de disoluciones de Cloruro de Potasio

Concentración de Cloruro de Potasio

(KCl)

Conductividad electrolítica a 25°C

mS/m

0,000 5 7,40,001 14,70,005 720,01 1410,02 2770,05 6700,1 1 290

0,2 2 480

Tabla 3.Conductividad electrolítica de disoluciones de Cloruro de Potasio

Concentración de Cloruro de Sodio

(NaCl)

Conductividad electrolítica a 25°C

mS/m

0,001 12,40,01 118,60,1 1 0660,5 4 665

VIII. PROCEDIMIENTOS

Medición de la conductividad

Preparar el equipo para su uso de acuerdo a las instrucciones del fabricante y

seleccionar un electrodo con la constante de celda apropiada para el inte

rvalo de medición en que se usará.

La cantidad de la muestra depende del equipo por usar.

Las muestras y la disolución de calibración deben estar a 25°C de preferencia o a

la temperatura ambiente.

Determinar la temperatura de la muestra.

Enjuagar la celda con porciones de la disolución de prueba antes de realizar la

medición para evitar contaminación de la muestra por electrolitos.

Sumergir la celda en la disolución de prueba, el nivel de la disolución debe cubrir

los orificios de ventilación de la celda, agitar la celda verticalmente para expulsar

las burbujas de aire.

Seleccionar el rango adecuado de medición en el instrumento, una vez que se

estabilice la lectura, anotar el valor de conductividad. Después de cada

determinación, retirar la celda de la disolución enjuagarla con agua desionizada.

Reportar los resultados como conductancia específica o conductividad, mS/m a

25°C.

Muchos instrumentos incorporan correcciones de la constante de celda en una función

integral y directamente medida de la conductividad obtenida. En su caso multiplicar el

valor de la conductancia obtenida por la constante de celda para obtener la conductividad

electrolítica.

El factor de conductancia de disoluciones electrolíticas en agua, es casi siempre positivo y

de una magnitud de 1 a 3 % por oC, dependiendo de la concentración de los iones

electrolíticos y de su naturaleza.

La temperatura de referencia en las mediciones de conductividad es de 25°C por lo que la

mayoría de los instrumentos cuentan con compensador de temperatura.

Si no existe en el instrumento el compensador, es necesario ajustar la temperatura de la

disolución a prueba a 25°C. No se recomienda efectuar un ajuste matemático por medio

de un factor debido a su naturaleza empírica.

Existen factores de corrección por temperatura muy específicos, para la conversión de

valores de conductividad de aguas naturales a distintas temperaturas en °C a la

temperatura de referencia de 25°C.

IX. CÁLCULOS Y EXPRESIÓN DE RESULTADOS

Si se cuenta con un conductímetro con compensador de temperatura no se requiere hacer

cálculos. Cuando se mide la resistencia de la muestra, la conductividad a 25°C es:

Cuando se mide la conductividad de la muestra, dicha conductividad a 25°C es :

m (1X106)K

= ----------------------------

1+ 0,019 1(t-25)

Donde:

es la conductividad, S/cm

K es la constante de celda, cm-1

Rm es la resistencia medida de la celda, ohms

T es la temperatura de medición, °C

X. CADENA DE CUSTODIA

XI. BIBLIOGRAFIA

NOM-001-ECOL-1996 Que establece los límites máximos permisibles de

contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes

nacionales, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 6 de enero de 1997.

NOM-008-SCFI-1993 Sistema General de Unidades de Medida, publicada en el

Diario Oficial de la Federación el 14 de octubre de 1993

NMX-AA-003-1980 Aguas residuales.- Muestreo. Declaratoria de vigencia

publicada en el Diario Oficial de la Federación el 25 de marzo de 1980.